Chương 2 Cơ sở của DSL Công nghệ đường dây thuê bao số (DSL) cung cấp phương tiện truyền thông tin số tốc độ cao qua các đường dây thuê bao điện thoại. Ngày nay các đường điện thoại có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ hàng triệu bit/giây. Điều này được thực hiện thông qua các kỹ thuật truyền dẫn số phức tạp có thể bù trừ các yếu tố ảnh hưởng chung tới đường truyền trên các đường dây điện thoại. Các kỹ thuật truyền dẫn số liên quan tới các thuật toán phức tạp mà gần đây đã trở thành hiện thực nhờ vào sức mạnh vượt trội của các bộ xử lý tín hiệu số trên các mạch tích hợp cỡ lớn VLSI. Người ta nói rằng DSL đã biến Đồng thành Vàng. Công nghệ DSL đã tăng cường khả năng tận dụng các đường điện thoại. Các đường điện thoại mà trước đây được lắp đặt với mục đích là mang duy nhất một tín hiệu thoại có độ rộng băng tần là 3,4 kHz ngày nay có thể truyền khoảng 100 tín hiệu thoại được nén dưới dạng số hoặc 1 tín hiệu video với chất lượng tương đương với truyền hình quảng bá. Truyền dẫn số tốc độ cao qua các đường điện thoại đòi hỏi khả năng xử lý tín hiệu lớn nhằm khắc phục những tác động xấu tới đường truyền như suy hao tín hiệu, nhiễu xuyên âm từ các tín hiệu trên các đôi dây khác trong cùng một cáp, phản xạ tín hiệu, nhiễu tần số vô tuyến và nhiễu xung. Cơ sở hạ tầng đôi dây xoắn kết nối tới gần như mọi nhà và mọi công sở trên thế giới nhưng DSL có các giới hạn của nó. Khoảng 15% đường dây điện thoại trên thế giới sẽ cần phải được nâng cấp nhằm cho phép các hoạt động DSL tốc độ cao. Các biện pháp thích hợp cho các mạch vòng cự ly lớn bao gồm đặt các bộ lặp giữa chặng (trung gian), lắp đặt các bộ ghép kênh có giao tiếp sợi quang đầu xa và loại bỏ các cuộn tải. Trong cuốn sách này chúng ta sử dụng thuật ngữ DSL để nói tới các loại công nghệ đường dây thuê bao số, bao gồm ADSL, HDSL, ISDN tốc độ cơ sở, VDSL và IDSL. Thuật ngữ xDSL cũng đã được sử dụng trong ngành công nghiệp viễn thông để nói tới các loại DSL. 2.1 Các hình thức thay thế DSL: Sợi quang, kết nối không dây và cáp đồng trục Đã nhiều lần các chuyên gia trong ngành công nghiệp điện thoại đã đề cập tới sự lỗi thời của các đường dây điện thoại sử dụng các đôi dây xoắn. Vào cuối những năm 80 của thế kỷ thứ 20 7 8 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL họ tin rằng chỉ vài năm nữa thì hầu như toàn bộ các máy điện thoại của thế giới sẽ được kết nối trực tiếp bằng các sợi quang. Chúng ta cũng nhận thấy ngày nay các tuyến sợi quang đang được sử dụng rất phổ biến trong các khu thương mại chính. Tuy nhiên, điều kiện kinh tế kết hợp với những thách thức của việc xây dựng cáp quang cho toàn bộ hệ thống điện thoại của thế giới đòi hỏi phải mất vài chục năm. Đầu những năm 1990 đã hứa hẹn cho ra đời truy cập thuê bao vô tuyến. Tuy nhiên, do sự hạn hẹp về băng tần cộng với những thách thức về vị trí đặt các trạm hub (trên mặt đất hay trên quĩ đạo trái đất) làm hạn chế truyền tải không dây tới một nhóm nhỏ các ứng dụng đòi hỏi sự di động và những ứng dụng cần phải quảng bá cùng một thông tin tới một số lượng lớn các vùng khác nhau. Cáp đồng trục có thể truyền tải các dịch vụ dữ liệu interactive và dịch vụ điện thoại bên cạnh dịch vụ truyền hình quảng bá truyền thống. Tuy nhiên, các dịch vụ dữ liệu interative và thoại được phục vụ tốt nhất bởi các tuyến cáp hai chiều. Truyền tải sợi quang, không dây và cáp đồng trục đã chứng tỏ rất có giá trị trong nhiều ứng dụng. Không có công nghệ truy cập nào có thể phục vụ tốt nhất ở tất cả mọi nơi và trong tất cả mọi ứng dụng. Tuy nhiên, giờ đây khi mà công nghệ DSL đã cho phép các đường điện thoại truyền các ứng dụng đa phương tiện mà đã từng bị cho là thuộc phạm vi độc quyền của sợi quang, các đường điện thoại là những phương tiện kinh tế nhất để truyền một phạm vi rộng các dịch vụ thông tin tới hàng triệu khách hàng. Sự yếu kém chủ yếu trong ứng dụng của DSL là không có khả năng di động và hiệu quả quảng bá thấp. Một cơ sở hạ tầng sẵn có, chẳng hạn các đường điện thoại, với sự cho phép bởi những công nghệ phù hợp sẽ kinh tế hơn là triển khai một cơ sở hạ tầng mới. Ngay cả radio cũng đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng mới: Vị trí đặt bộ thu phát và các mạng kết nối tới các vị trí này. Một công nghệ mới có thể được khẳng định chỉ ở những nơi cơ sở hạ tầng hiện có không đủ khả năng hỗ trợ những ứng dụng thiết yếu (chẳng hạn như thông tin di động) hoặc những nơi có môi trường pháp lý ổn định. Bên cạnh những tốn kém cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng mới thì việc xây dựng này cũng mất nhiều thời gian để xin phép xây dựng, trải cáp, xin giấy phép lắp đặt tháp vô tuyến hay phóng vệ tinh vv Các đường điện thoại có thể sẽ bị loại bỏ nhưng có lẽ thời điểm đó còn rất xa. 2.2 Qui mô trên thế giới Gần như mọi công sở và khu dân cư trong các khu công nghiệp trên thế giới đã được kết nối vào mạng điện thoại toàn cầu. Công nghiệp điện thoại đã chi xấp xỉ một nghìn tỉ đô la qua hàng thế kỷ qua cho việc xây dựng các tuyến đôi dây xoắn dùng cho đường dây thuê bao. Gần 700 triệu đường điện thoại được lắp đặt tính tới năm 1996. Các công ty điện thoại tiếp tục chi hàng triệu đô la mỗi năm cho lắp đặt thêm nhiều đường điện thoại cáp đồng hơn nữa. Hơn 900 triệu đường dây thuê bao được ước tính tới thời điểm trước năm 2001. Đại đa số các đường điện thoại này sẽ hỗ trợ cho việc truyền tải khoảng một triệu bit/giây (Mbit/s) khi các bộ thu phát DSL tốc độ cao được nối giữa khách hàng và công ty điện thoại sử dụng đôi dây xoắn. Trong hầu hết các trường hợp, không có sự sửa đổi nào là cần thiết đối với các thiết bị bên ngoài công ty. Nhiều đường điện thoại sẽ hỗ trợ các tốc độ dữ liệu trên 1 Mb/s. 2.3. MODEM BĂNG TẦN THOẠI VÀ DSL 9 2.3 Modem băng tần thoại và DSL Các modem băng tần thoại được trình làng vào cuối những năm 1950 với mục đích gửi dữ liệu qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) (xem Hình ). Từ modem xuất phát từ modulator-demodulator (xem Chương để biết thêm chi tiết về điều chế và giải điều chế). Dữ liệu được truyền qua mạng PSTN phải được điều chế bởi vì PSTN không truyền các tần số dưới mức xấp xỉ 200 Hz. Dữ liệu chưa điều chế đòi hỏi truyền các tần số sát tới 0 Hz. Về chức năng, modem chuyển đổi các đặc tính tần số của dữ liệu sang dạng thức giống các tín hiệu thoại mà PSTN đã được thiết kế để truyền đi. PSTN truyền các tín hiệu trong dải tần số từ 200 Hz tới 3400 Hz. Vì vậy dữ liệu đã điều chế có mặt ở dạng âm thoại bình thường đối với PSTN. Các máy Fax gồm có một modem băng tần thoại để truyền thông tin ở dạng số đại diện cho một trang. Một trong những modem đầu tiên, AT&T Bell 103, được sử dụng để truyền điện báo cận đồng bộ hoàn toàn song công với tốc độ 300 bit/s sử dụng FSK (khóa dịch tần số). Các modem CCITT (bây giờ là ITU) V.21 cũng tương tự nhưng không tương thích với modem Bell 103. Chỉ vài năm sau modem Bell 202 đã tăng tốc độ bit lên 1200 bit/s sử dụng truyền dẫn FSK bán song công. Vào cuối năm 1973 Vadic, Inc đã trình làng VA3400, loại modem đầu tiên thực sự hoàn toàn song công tốc độ 1200 bit/s sử dụng PSK (khóa dịch pha). Vài năm sau đó Bell 212 và tiếp theo là CCITT V.22 cũng cho ra modem tốc độ truyền 1200 bit/s hoàn toàn song công sử dụng PSK. Vào năm 1981, V.22bis đã đạt đến 2400 bit/s hoàn toàn song công. V.32 giới thiệu mã hóa dạng mắt lưới (trellis) và tiến một bước lớn trong việc truyền dẫn thông tin có khử tiếng vọng ở cả hai hướng sử dụng cùng một băng tần. Khử tiếng vọng cho phép các cặp modem sử dụng toàn bộ băng tần sẵn có cho cả luồng lên và luồng xuống. Mã hóa dạng mắt lưới làm cho việc sửa lỗi trong modem là hoàn toàn có thể thực hiện được dẫn tới khả năng tách thông tin một cách tin cậy đối với một tỷ số S/N đã cho. Các modem có trước V.32 bố trí truyền hướng lên trong băng tần khác với băng tần của hướng xuống (FDM). V.32 đạt được truyền hoàn toàn song công ở tốc độ 9600 bit/s. Tiếp đó là V.34 trình làng, sử dụng tối ưu hóa băng tần, dạng chòm sao, và tiền mã hóa theo kênh cho phép truyền hoàn toàn song công với tốc độ 28,8 kb/s. Vào năm 1995, các modem 33,6 kb/s ra mắt thị trường. Các modem V.34 sử dụng tới băng tần 3,6 kHz. Điều này về mặt kỹ thuật lớn hơn một chút băng tần thoại truyền thống 3,4 kHz. Tuy nhiên, modem V.34 có thể hoạt động trên các đường dây với băng tần nhỏ hơn bằng cách giảm tốc độ bit truyền đi. Với việc gửi 33,6 kb/s trong băng tần thoại 3,6 kHz, các modem V.34 gửi gần 10 bit/Hz, một kỳ công đặc biệt tiến sát tới giới hạn lý thuyết cho truyền dẫn dữ liệu băng tần thoại. Lịch sử dạy cho chúng ta biết hoài nghi về "giới hạn lý thuyết" mà đôi khi bị phá vỡ bởi những con người sáng tạo phá vỡ những qui luật bằng việc sáng tạo ra một mô hình mới. Vào cuối năm 1996, các modem PCM 56 kbit/s đã xuất hiện, chúng đã được tiêu chuẩn hóa bởi khuyến nghị V.90 ITU vào năm 1998. Các modem PCM (điều chế mã xung) là không đối xứng do chúng hỗ trợ luồng xuống (hướng tới khách hàng) lên tới 56 kbit/s và tối đa là 33,6 kbit/s ở luồng lên. Thực tế, các modem PCM hiếm khi đạt được tốc độ truyền trên 50 kbit/s do những hạn chế về công suất phát, chuyển đổi trung gian, và những yếu tố gây suy hao chẳng hạn như các cuộn cảm. Miễn là có một đường số trực tiếp (không có chuyển đổi tương tự) từ nguồn số tới modem PCM kết nối vào đầu cuối phía mạng của đường dây thuê bao thì tốc độ truyền có thể vượt 33,6 kbit/s bằng cách bố trí trực tiếp tín hiệu số vào ký tự được phát đi mà không có những ảnh hưởng của nhiễu lượng tử. Kiến trúc mạng modem PCM bỏ xa năng lực của các thế hệ modem băng tần thoại trước 10 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL đây. Modem PCM tại đầu cuối mạng phải có kết nối số trực tiếp tới bộ chuyển đổi tương tự-số (CODEC) nối vào đường điện thoại của người sử dụng modem PCM. Modem PCM đi qua PSTN như là một cuộc gọi quay số. Modem PCM giống DSL ở chỗ một kết nối số trực tiếp từ mạng tới giao tiếp đường dây thuê bao được yêu cầu nhưng khác với mô hình DSL (chỉ ra trên Hình ) do cuộc gọi modem PCM được truyền qua tổng đài như một cuộc gọi tương tự. Về mặt kiến trúc các modem PCM nằm giữa DSL và các modem băng thoại truyền thống. Các modem PCM có thể tận dụng tới độ rộng băng 4 kHz. Hạn chế cơ bản của các modem băng tần thoại là các bộ mã hóa/giải mã (CODEC) nằm tại tổng đài điện thoại nội hạt hay đầu cuối mạch vòng số DLC. CODEC chuyển đổi các tín hiệu tương tự trên đường điện thoại sang dạng số 64 kbit/s sử dụng điều chế xung mã. Một modem băng tần thoại mà tín hiệu của nó được mang trong một cuộc gọi âm thoại PSTN không thể vượt quá tốc độ bit 64 kbit/s. Với khuyến nghị ITU V.70 và V.61, các modem băng tần thoại có thể hỗ trợ số liệu và âm thoại mã hóa đồng thời thông qua một cu ộc gọi PSTN. V.70 (sử dụng điều chế V.34 và mã hóa âm thoại phụ lục A G.729) có thể truyền đồng thời tiếng nói được mã hóa 8kb/s và dữ liệu xấp xỉ 20 kb/s sử dụng duy nhất một cuộc gọi PSTN. D o Phụ lục A G.729 cung cấp khả năng phát hiện sự im lặng nên một tốc độ dữ liệu cao hơn có thể đạt được trong những khoảng thời gian im lặng. Các kỹ thuật nén dữ liệu như được chỉ ra trong Khuyến nghị ITU V.42 có thể đạt được một tốc độ dữ liệu hiệu quả hơn hai lần tốc độ modem đã liệt kê ở trên. Tuy nhiên, dữ liệu có tính ngẫu nhiên cao (chẳng hạn như một số file nhị phân và video đã được số hóa) làm giảm tác dụng của nén dữ liệu. Nén dữ liệu cũng có thể được áp dụng cho DSL. Ví dụ, ISDN tốc độ cơ bản sử dụng hai kênh B có thể tạo ra sự thông suốt không nén 128 kb/s và thông suốt hiệu quả trên 300 kb/s bằng cách nén các loại dữ liệu dư thừa. Khi nén dữ liệu được sử dụng nó thường được thực hiện ở dạng thông tin số trước bộ thu phát DSL. ảnh hưởng của lỗi bit truyền dẫn có thể bị tăng lên bởi việc nén dữ liệu. Ưu điểm nổi bật của các modem là chúng có thể được sử dụng ở bất cứ nơi đâu. Một modem có thể được nối tới bất kỳ đường điện thoại nào và ngay lập tức gọi tới bất kỳ trong số hàng triệu đường điện thoại khác có gắn sẵn modem. Các modem rẻ tiền hơn thiết bị DSL và dễ dàng lắp đặt hơn. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu được yêu cầu bởi các ứng dụng giờ đây đã vượt quá tốc độ có thể của các modem băng tần thoại. Các hạn chế khác của modem là các cuộc gọi bị nghẽn do các tổng đài nội hạt và các giá modem (được thiết kế cho những cuộc gọi thời gian ngắn) bị quá tải, không có khả năng kết nối tới nhiều điểm khác nhau một cách đồng thời và tỷ lệ lỗi cao. Các hạn chế này của modem được giải quyết bởi DSL. Sự khác biệt cơ bản giữa các modem băng tần thoại và DSL là các modem băng tần thoại hoạt động thông qua một kết nối PSTN điểm - điểm, trong khi đó DSL hoạt động qua một mạch vòng nội hạt. Hình và minh họa sự khác biệt này. Như đã chỉ ra trên Hình, tuyến truyền dẫn modem băng tần thoại có thể gồm mạch vòng nội hạt cho người sử dụng A, một Trung tâm Chuyển mạch, các tuyến trung kế dài hàng ngàn dặm trong một số trường hợp, một tổng đài khác hoạt động như một khách hàng khác và cuối cùng là một vòng nội hạt đóng vai trò người sử dụng B. Trái lại, tuyến truyền dẫn DSL gồm duy nhất một mạch vòng nội hạt từ phía người sử dụng tới sát tổng đài CO. Một sự khác biệt chính nữa giữa các modem băng tần thoại và DSL là DSL duy trì thông 2.4. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN 11 tin trong miền số từ một đầu cuối người sử dụng này tới đầu cuối người sử dụng khác. Trái lại, modem băng tần thoại gửi thông tin qua mạng PSTN dưới dạng tương tự đại diện cho thông tin số của người sử dụng. Với DSL, tín hiệu được tái tạo dưới dạng số tại mỗi bước đi trong mạng công cộng do đó những tác động có hại không tích lũy ở mỗi bước. Mặc dầu thông tin được truyền qua một mạng gồm nhiều phần tử, truyền dẫn DSL chỉ cần gửi tới phần mạch vòng nội hạt. Các tuyến trung kế kết nối giữa các tổng đài với nhau trực tiếp hoặc thông qua những tổng đài trung gian. Các đường trung kế thường là các hệ thống truyền dẫn sợi quang tốc độ cao mang thông tin từ nhiều khách hàng. Đối với những khách hàng được phục vụ qua mạch vòng thuê bao số (DLC) hay các hệ thống đầu cuối xa, DSL mở rộng từ phía khách hàng tới phía DLC. DLC và DLC thế hệ tiếp theo (NGDLC) được sử dụng để phục vụ các khách hàng quá xa để có thể được phục vụ một cách kinh tế thông qua một mạch vòng cáp đồng trực tiếp từ CO. Đầu cuối DLC ở xa có thể được lặt trong một cabin ngoài trời, trong một hầm cáp hoặc đôi khi trong phòng thiết bị của một trung tâm thương mại. Các hệ thống DLC ghép 20 tới 2000 khách hàng vào một đường trung kế tới CO. Đường trung kế DLC điển hình là một sợi quang nhưng đôi khi các đường HDSL hay T1 được sử dụng cho các DLC nhỏ hơn. Phần thảo luận kỹ hơn về DLC và NGDLC. Một DSL bao gồm một đường cáp đồng trực tiếp từ phía người sử dụng tới điểm thiết bị mạng tích cực gần nhất. Một ngoại lệ đối với luật này là bộ lặp giữa chặng được sử dụng để mở rộng tầm với của DSL bằng cách đặt một bộ thu phát ở khoảng giữa của mạch vòng nội hạt. Bộ lặp DSL được cấp nguồn DC cấp từ CO qua cùng đôi dây đồng dùng để truyền dữ liệu. Các bộ lặp DSL trung gian điển hình được đặt trong các hộp thiết bị chống thấm có thể chứa từ 4 đến 20 bộ lặp. Các hộp thiết bị có thể được bố trí trong hầm cáp, gắn trên một cột, hoặc treo trên đường dây cáp treo. Giá thành thiết bị điện của bộ lặp nhỏ hơn giá thành của hộp thiết bị trong môi trường khắc nghiệt và nhân công cho việc nối ghép hộp này vào cáp. Modem băng tần thoại được thiết kế để hoạt động khắc phục những giới hạn của các mạch vòng cục bộ ở hai đầu của mạng cộng và giới hạn của các tổng đài kết hợp. Tổng đài thường chứa các bộ PCM CODEC, các bộ này thực hiện chuyển đổi các tín hiệu tương tự trên mạch vòng nội hạt thành một tín hiệu số tốc độ 64 kb/s để truyền qua các đường trung kế. Tuyến truyền dẫn được chỉ định cung cấp một băng tần từ 200 đến 3400 Hz. DSL được thiết kế để hoạt động qua những giới hạn đặt ra bởi duy nhất một mạch vòng thuê bao. Các mạch vòng thuê bao điển hình có độ rộng băng tần hàng trăm kHz. Do đó, năng lực tiềm tàng của DSL có thể vượt qua các modem với một hệ số 100 hoặc cao hơn. Tuy nhiên, các modem vẫn có một lợi thế quan trọng ở chỗ chúng có thể hoạt động qua bất kỳ kết nối điện thoại nào tới bất kỳ nơi nào trên thế giới. Hơn nữa, DSL hàm ơn các modem băng tần thoại rất nhiều bởi vì nhiều kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng bởi DSL bắt nguồn từ các modem băng tần thoại. 2.4 Các phương thức truyền dẫn Có nhiều phương thức truyền dẫn: việc sử dụng chúng phụ thuộc vào các yêu cầu ứng dụng và đặc trưng của kênh truyền. 12 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL 2.4.1 Hướng truyền Truyền dẫn đơn công là một hướng cố định từ nguồn tới đích. Các ví dụ về truyền đơn công bao gồm quảng bá phát thanh truyền hình và các mạch báo động. Hầu như tất cả mọi ứng dụng DSL đòi hỏi truyền hai hướng. Vì vậy, truyền đơn công thường không được sử dụng cho DSL. Tuy nhiên ta có thể mô tả tín hiệu T1 như một ví dụ của truyền song công. Các đường T1 gồm hai đường đơn công ở hai hướng khác nhau. Truyền bán song công phát một cách có chu kỳ từ Trạm A tới Trạm B và theo hướng ngược lại ở những thời điểm khác. Vì vậy, tại bất kỳ thời điểm nào thông tin được gửi đi theo một hướng (đơn công). Truyền hai hướng đạt được nhờ các bộ thu phát ở hai đầu của đường truyền hiểu khi nào cần thay đổi vai trò của máy phát và máy thu. Trong những ứng dụng truyền bán song công trước đây, toàn bộ một bản tin được gửi đi trước khi đường dây được quay vòng. Một số hệ thống DSL sử dụng sự biến thái của bán song công được gọi là ghép kênh nén thời gian (TCM), và được biết tới ở dạng "bóng bàn" được thảo luận xa hơn trong Chương 5. TCM làm giảm chu kỳ quay vòng tới một khoảng thời gian vài giây. Do đó, TCM gửi các khối vài nghìn bit có độ dài cố định theo hướng này hay hướng kia. Các ví dụ về truyền dẫn bán song công truyền thống gồm truyền điện báo và bộ đàm hai hướng sử dụng cùng một tần số. Truyền hoàn toàn song công gửi thông tin liên tục theo cả hai hướng trên cùng một đôi dây. Các ví dụ bao gồm các điện thoại truyền thống, các modem băng tần thoại, ISDN tốc độ cơ bản và HDSL. Truyền hai hướng đồng thời được thực hiện bởi mỗi bộ thu phát tách tín hiệu phát nội bộ khỏi tín hiệu nhận được của nó. Một phương pháp khử tiếng vọng sử dụng bộ hybrid (ECH) thường được sử dụng để cho phép cả hai hướng sử dụng cùng một băng tần. Ưu điểm của phương pháp này là truyền dẫn ở cả hai hướng có thể nằm ở băng tần thấp nhất có thể nơi mà suy hao tín hiệu và can nhiễu tần số vô tuyến được giảm thiểu. Một phiên bản không đối xứng của truyền hoàn toàn song công được sử dụng bởi đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL. Thông tin được gửi đi đồng thời theo cả hai hướng nhưng tốc độ dữ liệu luồng xuống (tới khách hàng) lớn hơn nhiều tốc độ luồng lên (hướng về mạng). Điều này cho phép tốc độ dữ liệu luồng xuống cao trên các đường dây dài hơn nhiều bằng cách giảm xuyên âm giữa các đường ADSL. 2.4. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN 13 2.4.2 Định thời Truyền dẫn đồng bộ gửi các bit với một tốc độ liên tục. Các bộ thu DSL thường đạt được tín hiệu định thời của chúng từ chu kỳ của các chuyển tiếp bit nhận được. Truyền dẫn đồng bộ và cận đồng bộ có thể áp dụng cho truyền dẫn đơn công, bán song công và hoàn toàn song công. Nói chung, DSL sử dụng truyền dẫn đồng bộ chứ không dùng truyền dẫn cận đồng bộ. Truyền dẫn cận đồng bộ gửi các đơn vị (ký tự hoặc các khối) với một tín hiệu cờ duy nhất để đánh dấu điểm bắt đầu của một đơn vị. ATM (phương thức truyền cận đồng bộ) thường được truyền tải bằng phương thức truyền dẫn đồng bộ ở mức bit; tuy nhiên điểm bắt đầu của mỗi tế bào ATM có thể là tại bất kỳ bit rỗi nào. Vì vậy đối với ATM các tế bào là cận đồng bộ (không phải là các bit). 2.4.3 Các kênh DSL phải truyền nhiều hơn một kênh thông tin trong đó mỗi kênh dành cho một ứng dụng hay dịch vụ khác nhau. ISDN có hai kênh B cho dữ liệu/thoại, một kênh D cho báo hiệu và một kênh điều hành nhúng (eoc) cho điều khiển và bảo dưỡng. HDSL có một kênh rộng và một kênh eoc. ADSL có các kênh số liệu, một kênh eoc, và một băng tách biệt dành cho dịch vụ thoại tương tự. Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) là phương pháp thường được sử dụng nhất cho việc truyền nhiều kênh thông tin. Thông tin được tổ chức thành các khung có độ dài cố định với một số lượng bit cố định phân bổ cho mỗi kênh. Để giảm độ trễ, các bit cho mỗi kênh nhất định có thể được chia ra thành một số khối nhỏ, các khối này được phân bổ trong mỗi khung. Một số khung có thể được tổ chức thành các siêu khung để tạo ra các kênh tốc độ bit thấp chẳng hạn một kênh điều hành nhúng. Ngoài việc gửi nhiều kênh thông tin theo cùng một hướng. TDM có thể làm việc như một phương thức song công. Thông tin có thể được gửi luân phiên theo luồng lên và luồng xuống. Kỹ thuật này được gọi là ghép kênh nén thời gian và hầu như loại trừ được xuyên âm đầu gần (NEXT), mà xuyên âm này làm hạn chế chất lượng của các hệ thống truyền dẫn sử dụng bộ sai động khử tiếng vọng. 14 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) bố trí mỗi kênh trong một băng tần tách biệt. Nhờ vậy tất cả các kênh được gửi cùng một lúc. Một ứng dụng của FDM là sử dụng một băng tần cho thông tin luồng lên và một băng tần khác cho thông tin luồng xuống. Song công FDM cũng hoàn toàn có thể loại trừ được NEXT. ADSL sử dụng FDM bằng cách đặt tín hiệu thoại tương tự vào băng tần thấp nhất và dữ liệu vào băng tần cao hơn. Thiết kế FDM liên quan tới sự dung hòa giữa độ phức tạp của bộ lọc và lượng phổ tần lãng phí cho các băng bảo vệ. Ghép kênh phân chia không gian đơn giản là đặt mỗi kênh trên một nhóm dây tách biệt. Việc đơn giản hóa này thích hợp để gửi các tín hiệu qua những khoảng cách rất ngắn được đo theo đơn vị cm nhưng chi phí cho các nhóm dây và các bộ thu phát truyền thống cho mỗi nhóm dây trở nên quá tốn kém. Để giảm thiểu giá thành tổng cộng, các DSL đặt tất cả thông tin lên một đôi dây. HDSL sử dụng hai đôi dây (cho 1,5 Mbit/s) và lên tới ba đôi dây (cho 2 Mbit/s) để đạt được những khoảng cách đường truyền xa hơn. 2.4.4 Các cấu hình đơn điểm và đa điểm DSL là các hệ thống truyền dẫn điểm-nối-điểm. Một bộ thu phát được nối tới mỗi đầu của một đôi dây. Một đầu có thể được đặt tại phía công ty điện thoại chẳng hạn như ở tổng đài CO còn đầu kia có thể đạt tại nhà khách hàng. So sánh với các hệ thống đa điểm, truyền dẫn điểm-điểm cớ ưu điểm đơn giản độ tin cậy cao và độ an toàn cao hơn. Cấu hình điểm-điểm cung cấp độ rộng băng chuyên dụng cho mỗi khách hàng. Với một hệ thống chuyển mạch phù hợp tại phía tổng đài, hiệu suất truyền thông cho mỗi khách hàng duy trì gần như không đổi khi một số lượng nút được bổ sung. Các hệ thống điểm nối đa điểm gồm một bộ thu phát đặt tại trạm (chính) trung tâm, trạm này thông tín với nhiều thiết bị đầu cuối được nối trực tiếp. Các đầu cuối này không thông tin với nhau. Các hệ thống truyền hình cáp (CATV) sử dụng truyền dẫn điểm-tới-đa điểm. Đa điểm-tới-đa điểm cho phép các đầu cuối thông tin trực tiếp với nhau. Các mạng cục bộ 10baseT (LAN) là những hệ thống đa điểm-tới-đa điểm. Số lượng các bộ thu phát cho một mạng gồm N đầu cuối sẽ là N+1 cho hệ thống điểm tới đa điểm và 2N cho hệ thống điểm-nối-điểm. Nói chung các hệ thống đa điểm thích hợp hơn cho các khoảng cách ngắn hơn, và các hệ thống điểm-nối-điểm được ưa chuộng hơn cho những khoảng cách dài hơn. ở khoảng cách dài hơn, kết 2.5. THUẬT NGỮ DSL 15 nối nhiều đầu cuối dẫn tới suy hao tín hiệu lớn hơn và định nhịp (định thời) tín hiệu khó khăn hơn. Những thảo luận trên đây áp dụng cho mức vật lý. ở mức logic nơi mà luồng thông tin ở các giao thức cao hơn được xem xét, luồng thông tin từ điểm-tới-điểm và đa điểm có thể phát sinh qua cấu hình vật lý. 2.5 Thuật ngữ DSL Việc giải thích các thuật ngữ sau đây sẽ hữu ích trong quá trình tìm hiểu DSL. Thuật ngữ cổ điển nhất là kilofeet (kft), số đo độ dài truyền thống của đường điện thoại : 1 kft tương đương với 306 met. Đường kính của một dây được đo bằng milimet (mm), ngoại lệ ở Mỹ nơi mà con số tiêu chuẩn đánh giá dây dẫn của Mỹ (AWG) đại diện cho 1/N lần của một inch (ví dụ, 24 AWG có đường kính dây dẫn là 1/24 inch, tương đương với 0,5 mm). Công suất tín hiệu và suy hao tín hiệu được đo theo đơn vị logarith (dB), đặt theo tên của Alexander Bell. Tăng công suất 3 dB tương đương với việc gấp đôi công suất, giảm công suất đi 3 dB tương đương với giảm một nửa công suất, tăng công suất lên 6 dB tương đương với 4 lần công suất vv Tần số của một tín hiệu điện được đo là kiloHertz (kHz, hàng ngàn chu kỳ trong một giây) hay megaHertz (MHz, hàng triệu chu kỳ trong một giây). Dịch vụ điện thoại tương tự chuyển mạch mạch truyền thống thường được gọi là dịch vụ điện thoại POTS (Plain Old Telephone Service). Các thuật ngữ và những từ đồng nghĩa khác được giải thích trong phần từ điển viết tắt của cuốn sách. 2.6 Quan hệ Tốc độ - Tầm với Cường độ (chẳng hạn như công suất) của một tín hiệu điện giảm theo khoảng cách di chuyển do điện trở của đường dây mang tín hiệu. Hơn nữa các yếu tố ảnh hưởng (chẳng hạn như tổn thất) trở nên lớn hơn tại những tần số lớn hơn. Nói một cách đơn giản lượng công suất tín hiệu bị tiêu thụ trên đường dây tăng lên với tốc độ và khoảng cách truyền dẫn. Tầm với của vòng DSL bị giới hạn do tín hiệu trở nên quá yếu để có thể được nhận một cách chính xác. Các kỹ sư truyền dẫn số tăng tối đa khoảng cách đường truyền bằng việc sử dụng các kỹ thuật điều chế tinh vi phát tín hiệu với một tốc độ dữ liệu đã cho cùng một lượng công suất tín hiệu phát hạn chế trong một dải tần số nhất định. Đối với một phương pháp truyền đã cho, tốc 16 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CỦA DSL Bảng 2.1: Loại DSL (tốc độ) Đỉnh phát (V) Tổn hao công suất Các đỉnh thu tín hiệu tối đa (dB) tối thiểu (V) BRI 2B1Q (144 kb/s) 2,5 42 0,02 HDSL 2B1Q (1,5 Mb/s) 2,5 35 0,045 ADSL DMT (1,5 Mb/s) 15* 45 0,085 VDSL SDMT (26 Mb/s) 3-4 30 0,09-0,12 * Điện áp đỉnh ADSL phụ thuộc vào hoạt động của máy phát. Trong một số trường hợp, điện áp đỉnh phát ADSL có thể vượt quá 15 V. Đối với mức phát 20 dBm thường được sử dụng thì tín hiệu phát trung bình của ADSL là 3,1 V và điện áp tín hiệu nhận được trung bình là 0,02 V cho mạch vòng có độ dài tối đa. độ bit truyền tối đa có thể đạt được giảm khi độ dài đường dây tăng. Vì vậy, ta có thể đạt được tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao cho những mạch vòng ngắn và tốc độ tương đối thấp đối với những mạch vòng dài. Tốc độ dữ liệu có thể đạt được cũng phụ thuộc vào các yếu tố khác bao gồm nhiễu xuyên âm (nhiễu ghép từ tín hiệu trên các đôi dây khác trong cung một cáp). Tín hiệu được phát đi có biên độ đỉnh 2,5 V cho các hệ thống ISDN tốc độ cơ sở (BRI) trên một mạch vòng độ dài tối đa có thể phải đương đầu với việc suy hao tín hiệu 42 dB với một tín hiệu đỉnh nhận được rất nhỏ cỡ 0,02 V (20 mV). Hệ thống BRI thực hiện một nhiệm vụ khó khăn: khôi phục tín hiệu rất nhỏ, khoảng 1/125 mức tín hiệu đã được phát đi. Các giá trị tương ứng đối với các hệ thống DSL được cho dưới đây Hình cho thấy tốc độ đường truyền có thể đạt được gần đúng là một hàm của độ dài đường dây. Đường cong phía dưới biểu diễn truyền dẫn đối xứng, và đường cong phía trên biểu diễn tốc độ luồng xuống cho truyền không đối xứng với tỷ lệ không đối xứng là 10:1. Vì vậy, tốc độ luồng lên được giả thiết là một phần mười tốc độ không đối xứng trên hình vẽ này. Xuyên âm thông thường và độ dự trữ 6 dB được giả thiết. Hình vẽ này chỉ ra ưu điểm của truyền dẫn không đối xứng-tốc độ truyền luồng xuống cao hơn nhiều. 2.7 Xuyên âm Một cáp điện thoại bao gồm hàng vài ngàn đôi dây riêng biệt được bó sát vào nhau. Các tín hiệu điện trong một đôi dây tạo ra một trường điện từ nhỏ, trường này bao quanh đôi dây và tạo ra một tín hiệu điện sang các đôi dây bên cạnh. Việc xoắn các đôi dây làm giảm ghép điện cảm (được gọi là xuyên âm), nhưng một số dò rỉ tín hiệu vần còn. Xuyên âm mạnh nhất tại đoạn cáp gần các máy phát gây nhiễu. Xuyên âm có nguồn gốc từ các hệ thống truyền dẫn khác trong cùng một cáp (và đặc biệt là cùng một nhóm trong cáp) là một yếu tố chính làm hạn chế tốc độ bit và tầm với có thể đạt được của DSL. Việc quản lý xuyên ấm từ đôi này sang đôi khác đòi hỏi sự thận trọng về băng tần và công suất tín hiệu của máy phát và việc loại bỏ tín hiệu ngoài băng bởi máy thu. Điều này thường được nói tới như độ tương thích phổ và gợi cho ta sự tương đồng trong quản lý các đài quảng bá tần số vô tuyến. Xuyên âm đầu gần (NEXT) là yếu tố ảnh hưởng chính tới các hệ thống chia sẻ cùng một băng tần cho truyền luồng lên và luồng xuống (chẳng hạn như truyền hybrid có khử tiếng vọng). [...]... ng s b lo i b , và (2) Công ngh DSL s kéo dài vi c s d ng cáp đ ng và b ng cách y làm tr vi c tri n khai s ng còn v m t chi n lư c c a s i quang Khi cu c tranh lu n di n ra gay c n thì đã làm sáng t m t đi u r ng s i quang d n t i các h gia đình v n t n kém hơn và r ng các công ty đi n tho i không th b t khách hàng c a h đ i vài năm cho t i khi s i quang có th l p t i nhà h Các công ty đi n tho i t... các v trí t bào đi n tho i không dây S ra đ i c a các b x lý tín hi u s (DSP) v i kh năng x lý cao, giá thành th p đã cho phép vi c s d ng các thu t toán mà đã t ng ch dành cho các ng d ng không gian và qu c phòng S đ t phá c a DSP cũng cho phép vi c mã hóa/gi i mã video m u hoàn toàn chuy n đ ng v i các t c đ DSL s d ng các thu t toán chu n (MPEG1, MPEG2, JPEG và H .26 1) H i ngh truy n hình ch t lư... tĩnh và video) và cu i cùng là internet ra đ i Vào đ u nh ng năm 1980, s lư ng máy tính (g m các b vi x lý trong ô tô, các đ đi n 18 CHƯƠNG 2 CƠ S C A DSL gia d ng) đã vư t quá dân s loài ngư i và vào gi a nh ng năm 1990 s phút s d ng cho các ng d ng s (k c fax) trong m ng công c ng đã vư t quá đi n tho i M c dù truy c p internet ngày nay là m t ng d ng l n c a DSL nhưng vi c tri n khai DSL đã b t đ u... xa (m ch vòng s ) ph c v hàng trăm khách hàng Khi đư c h i li u DSL có ph i là m t công ngh quá đ không thì Ray Smith (CEO, Bell Atlantic) đã tr l i r ng "ADSL là m t công ngh quá đ cho 40 năm ti p theo" M i đe d a th hai t i vi c tri n khai DSL là s không ch c ch n v vi c ai s s h u b thu phát DSL phía khách hàng Các công ty đi n tho i c m th y r ng b thu phát phía khách hàng nên thu c v m ng đ đ m... n tho i không bi t ai s ch u trách nhi m cho vi c l p đ t và b o dư ng thi t b S thành công c a m t d ch v (và công ngh h tr nó) ph thu c r t l n vào giá thành c a nó và m i quan h c a nó v i các phương án thay th s n có Giá c d ch v v ph n mình l i ph thu c r t nhi u vào giá thành c a thi t b và chi phí nhân công v n hành Chi phí v n hành và thi t b đư c gi m đi khi s khách hàng tăng lên D ch v giá... ng d ng b sung d n t i có th cho phép 2. 9 CÁC NG D NG 19 gi m đư c giá c d ch v b ng cách m r ng th trư ng M t đ tài tái di n trong lĩnh v c DSL là giá thành c a năng l c b sung trong b thu phát đem l i s ti t ki m nhi u hơn so v i chi phí v n hành gi m, t m v i c a vòng l n hơn hay các ng d ng b sung có th 2. 9 Các ng d ng Bư c đ u tiên trong vi c phát tri n m t công ngh hay m t h th ng là s nh n bi... vùng đư c l a ch n ISDN là m ng chuy n m ch m ch cơ s , v i chuy n m ch gói ch phù h p cho lưu lư ng gói băng h p Chuy n m ch ISDN băng r ng (BISDN) v i phương th c truy n d n c n đ ng b hi u su t 20 CHƯƠNG 2 CƠ S C A DSL cao đư c hình dung làm k t n i t i t t c các khách hàng thông qua nh ng tuy n s i quang tr c ti p HDSL và ADSL đã m cánh c a th gi i d ch v d li u băng r ng cho m t th trư ng r ng l... u FEXT ít nghiêm tr ng hơn NEXT do nhi u FEXT b suy hao khi đi ngang qua c đ dài c a cáp M t ưu đi m chính c a truy n s i quang là không có b t kỳ xuyên âm nào 2. 8 Các y u t thúc đ y và c n tr tri n khai DSL Vào năm 1970, th gi i thông tin bao g m thông tin theo xu hư ng tho i và ký t t i các máy tính c l n Tho i lúc đó là "chúa t " và có r t ít nhu c u cho DSL Sau đó hàng tri u máy tính cá nhân, các... ch t lư ng cao đư c h tr v i t c đ 384 kb/s, video gi i trí có th lên t i 1,5 Mb/s và truy n hình đ phân gi i cao 20 Mb/s Vào năm 1985, truy n video ch t lư ng cao qua ph n l n các đư ng đi n tho i đư c cho là đi u không tư ng; tuy nhiên ngày nay nó đã tr thành hi n th c và r t ph bi n Công ngh DSL chúng ta cho là tuy t v i ngày nay đã g n như b ngăn c n trong vi c tri n khai b i hai tr ng i chính:... hi n nh ng nhi m v nh t đ nh hay cung c p nh ng kh năng nh t đ nh, ADSL thích h p cho vi c h tr nhi u ng d ng, v i ngo i l đáng chú ý v truy n hình qu ng bá và m t s ng d ng kinh doanh 2. 10 S ti n hóa c a truy n d n s Công ngh s đư c áp d ng vào các tuy n trung k gi a các t ng đài vào đ u nh ng năm 1960 nh m gi i quy t v n đ nhi u kho ng cách l n do s tích lũy nhi u c h u c a truy n d n tương t M i . Chương 2 Cơ sở của DSL Công nghệ đường dây thuê bao số (DSL) cung cấp phương tiện truyền thông tin số tốc độ cao qua các đường dây thuê bao điện thoại. Ngày nay các đường điện thoại. loại công nghệ đường dây thuê bao số, bao gồm ADSL, HDSL, ISDN tốc độ cơ sở, VDSL và IDSL. Thuật ngữ xDSL cũng đã được sử dụng trong ngành công nghiệp viễn thông để nói tới các loại DSL. 2. 1 Các. đó Bell 21 2 và tiếp theo là CCITT V .22 cũng cho ra modem tốc độ truyền 120 0 bit/s hoàn toàn song công sử dụng PSK. Vào năm 1981, V .22 bis đã đạt đến 24 00 bit/s hoàn toàn song công. V. 32 giới thiệu mã